管线钢管断裂韧性测试
断裂韧性测试 一.影响管线钢韧性的材料学因素 所谓韧性，是指材料在外载荷作用下抵抗开裂和裂纹扩展的能力，也就是材料在断裂前所经历的弹塑性变形过程中吸收能量的大小，它是强度和塑性的综合体现。准确地测试管线材料的断裂韧性不仅可确保管道使用的安全性，而且是在新产品研发中评价其冶金因素是否满足管材韧性要求的有效途径。 在前面成分分析部分已经详细论述了管线钢中各个合金元素对韧性的影响，这里就不在赘述。除了成分的影响外，影响韧性的因素还包括晶粒尺寸、组织结构、夹杂物的形态与分布等。 晶粒尺寸晶粒尺寸是唯一既能强化又能韧化的因素，在管线钢的控制轧制过程中，细化晶粒已作为韧化的一个重要的手段。实践证明，现代控轧工艺已经使得超细晶粒钢称为现实。对于少珠光体钢，晶粒尺寸可细化至几个微米。 不同组织的管线钢以及管线钢中的各个组织所占比例不同，韧性也会显著不同。在铁素体-珠光体管线钢中，随着珠光体含量的增加，管线钢的韧性降低，韧脆转变温度同时降低[1]。目前普遍认为针状铁素体管线钢是具有良好的强韧匹配的。实际上，针状铁素体型管线
钢的显微组织通常为针状铁素体和多边形铁素体的混合组织，随着加速冷却速率的提高，可能在组织中出现分布的M-A小岛[2]。一般认为多边形铁素体不是管线钢的理想组织形态[3]。对于针状铁素体的强韧性，Tanaka[4]认为：针状铁素体组织与贝氏体组织相比，有高的韧性原因是贝氏体具有较大的断裂单元(有效晶粒尺寸)，而针状铁素体具有较小的断裂单元(有效晶粒尺寸)。但Tanaka同时认为，100%的针状铁素体具有高的强度，但韧性较低。而提高韧性的有效方法是通过降低变形温度并增加在奥氏体非再结晶区的变形量获得细小晶粒的多边形铁素体加针状铁素体的混合组织。韧性提高的原因是多边形铁素体及针状铁素体的细化[5]。肖福仁认为：在针状铁素体中，裂纹扩展必定强烈地受到彼此咬合、互相交错分布的细小的针状铁素体条束的阻碍，从而有效地提高了钢的强韧性[5]。
图1 裂纹在针状铁素体中的扩展模型 夹杂物以及M-A组元的形状、数量、尺寸和分布同样对管线钢的韧性产生重要的影响。当体积分数一定时，夹杂物以及M-A组元尺寸越细小、分布越弥散，管线钢的韧性越好。 曾光廷等[6]研究了硫化物和氮化物夹杂对钢的断裂韧性的影响，并与Krafft模型计算值进行了比较，结果得出：对断裂韧性的危害由小到大依次为VN→TiS→AlN→NbN→ZrN→Al2S3→CeS→MnS ；夹杂物含量与断裂韧性大小呈线性反比关系，TiS对断裂韧性没有影响。 M-A组元的平均弦长是引起CGHAZ韧性降低的重要原因之一，一般认为当M-A组元的平均弦长小于2μm 时，不足以构成Griffith 裂纹临界尺寸2μm[7]。 M-A组元是铁素体基体中的脆性相，是决定韧性变化的主要因素之一。有学者对M-A组元的定量研究把M-A组元对粒状贝氏体韧性的影响用M-A组元的性质即平均宽度、总量、线密度、形状因子4个特征参数来评价[8]。M-A组元平均宽度a反映了M-A组元特征尺寸； M-A组元所占面积比S是反映M-A组元总量的特征量；单位长度上M-A组元数量N可表征M-A组元线密度；M-A组元的形状有长条形和方块形两种，M-A组元形状的这种差别对组织韧性影响很大，为此要对其进行定量区分，定义长宽比Ra<3的M-A组元为方块形，Ra≥3的M-A组元为长条形。可归结为：在其他翻个特征参数不变的前提下，a越小，S越小，N越小，R越大韧性越好。Zhao[8,9]等人提出了M-A组元形态特征 因子F的概念，其定义如下： /FSaNR 显然F越小越好 M/A岛的体积分数和大小一定时，有尖角的M/A岛易产生应力集中诱发裂纹，降低了材料强度和韧性。细小弥散分布的M/A岛状组织能阻碍位错运动和疲劳裂纹扩展，不易因应力集中而诱发裂纹，并使其长度小于裂纹失稳扩展的临界尺寸，提高了钢材强度和韧性[10]。
二．试验方法 过去曾经使用V 缺口夏比或落锤撕裂吸收能或剪切区来表征断裂韧度。随着管线工业的不断发展,输气管线向着高压、低温、富气、厚壁和高等级钢方向发展,管道材料韧度不段提高, 以往以夏比冲击能和DWTT能量作为断裂韧度指标已不再适应了。近来多使用断裂力学参数，比如裂纹尖端张开位移（CTOD）或者裂纹尖端张开角（CTOA）来表示。 1. 夏比冲击实验 这是一种评价材料断裂韧度传统的实验方法。它通过夏比冲击功来评价材料的断裂韧度。近30 年来,BMI（Battelle Merorial Institute）、EPRG/ AISI ( 美国钢联) 、BGC(英国燃气公司) 、CSM/ Italsider、Mannnesm ann 研究院等通过大量的科研工作和全尺寸爆破实验, 分别提出了输气钢管延性止裂与CVN 的关系式[11]：
Battelle: 521/32.3810()hCVNRt
AISI: 41.50.52.3810hCVND BGC: 30.531.250.7510(2.0810)hCVNRtvRt Mannesm ann: 71.751.090.58520exp(2.8710)hCVNDh Japan：62.330.30.42.49810hCVNDt Italsider/CSM： 45218212.52101.245100.6276.810hhCVNRRtHtRHt
式中: CVN为2/3尺寸夏比冲击吸收功（J） σh为环向应力（MPa） D为钢管外径（mm） R为钢管半径（mm） T为钢管壁厚（mm） H为管顶埋深（mm） 需要指出的是上述公式适用于低韧性材料，但是目前管线钢的强度和韧性都很高，通过上述公式预测止裂韧性与实测值相差较大。Leis经过研究对BMI公式提出了如下修正[12]：
arrestBMICVNCVN CVN<94J
2.040.00221.18BMIarrestBMICVNCVNCVN CVN>94J
同时，Leis指出为了增加安全性可以用2.1代替指数2.04[13]。 当出现下列情况之一时,应对Leis 修正公式预测值进行全尺寸实物爆破试验验证: ①管道的设计参数超过了国际上已经过的全尺寸止裂爆破试验的数据范围; ②钢管材料断口分离和上平台现象比较严重( CVP/ CV 100 > 1. 25，); ③输送介质为富气[11]。 钢管材料断口分离比较严重( CVP/ CV 100 ≥1. 25) ,又无法进行全尺寸实物爆破试验时,可采用比较保守的处理办法,将Battelle 半经验公式预测的CVN 乘以CVP/ CV 100 [11]。
100*/BMIVCVNCVNCVPC CVNBMI < 94 J
2.04100*(0.00221.18)/BMIBMIVCVNCVNCVNCVPC
CVNBMI > 94 J
2．落锤撕裂实验（DWTT） 落锤撕裂实验早期主要用于根据断口形貌确定钢的韧脆转变温度, 近年来也用于评价材料的断裂韧度。它同样也是根据耗散能量来评价材料的断裂韧度。落锤撕裂试样尺寸明显大于夏比冲击试样，为裂纹扩展提供了更长的韧带长度，使扩展功所占比例大大提高。 对于压制缺口DWTT及夏比冲击功的关系，Wilkowski提出对老式控轧钢[14]：
(/)3(/)0.63PNDWTTCharpyEAEA
其中EPN-DWTT为标准压制缺口DWTT能量； APN-DWTT为DWTT试样断裂面积； ECharpy为夏比冲击上平台能； ACharpy为夏比冲击试样断裂面积。 对于淬火回火高强度高韧钢，西安管材研究所和清华大学根据最新试验数据对日本HLP提出的公式进行修正，建议取[15]：
1.50.6(/)3.5(/)PNDWTTCharpyEABEA
可以通过DWTT方法预测当量CVN，利用已有的止裂韧性预测公式进行止裂预测。 3. 裂纹尖端张开位移方法（CTOD） 裂纹尖端张开位移，指裂纹体受张开型载荷后原裂纹尖端处两表面所张开的相对距离。CTOD 值的大小反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力。在试验中，把待测材料做成带有预制裂纹的试样，加上外载后，裂纹尖端处有一个可以被测定的张开位移CTOD 值。CTOD 值越大，表示裂纹尖端材料的抗开裂性能越好，即韧性越好；反之，CTOD 值越小，表示裂纹尖端材料的抗开裂性能越差，即韧性越差[16]。 其试验方法分为三点弯曲试验和紧凑拉伸试验。试验步骤为[17]： （1）按照要求加工样品尺寸并预制疲劳裂纹。 （2）用多试样法要求试样数量最少为6个，试验中将6个试样分别加载到产生不同的位移。对第一个试样要加载到对应于刚超出最大载荷时的位移值，之后将载荷恢复至零，并同时记录试样的载荷－位移曲线，位移的测量需用引伸计； （3）试样失稳断裂后，取出试样，放入冷冻箱冷冻； （4）在试验机上快速压断冷冻后的试样，然后对断口进行烘干处理以及后续测量； （5）通过机械加工从断裂试样上取下断口，测量原始裂纹长度a和裂纹扩展后长度ai，确定CTOD值； （6）按照标准处理数据，得出材料的断裂韧度。对数值的处理，国际上使用最多的是BS 7448标准。 4. 裂纹尖端张开角方法（CTOA）[18] 目前CTOA 的定义都以试验测量结果为基础,其中一个常用的是以距瞬时裂尖后部特定 距离处裂纹两侧边之间的距离来确定: CTOA=2arctan(δ/2x) 式中：δ 为裂尖后部一定距离x 处的裂尖张开位移。CTOA 与CTOD 定义如图1 所示CTOA 判据是通过计算裂纹扩展过程中每一时刻的最大裂纹尖端张开角αmax 值,并与材料的临界裂纹尖端张开角αc 进行比较来判断管道裂纹是继续扩展还是止裂。若αmax≥αc,则裂纹扩展;若αmax
图2 CTOD及CTOA示意图 具体方法使用比较多的是双悬臂梁试件的紧凑拉伸实验和美国西南研究院的双试件法。但其对于中高韧度的材料结果不是很理想。 ASTM E2472中规定的方法为双悬臂梁试件的紧凑拉伸试验,用来测试准静态CTOA 值。
如何测试材料断裂韧性
方法比较：IM法比SENB法简便经济，但 测得的数据不如SENB法可靠； SENB法 是普遍公认的标准测试方法；为了实际 方
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便，要对IM法测试公式修正，使结果更 接近SENB法。
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万能材料试验机试验力传感器 Байду номын сангаас绍
10
zso123
变现为负差。 误差解决办法 1、首先检查试验机安装是否水平，
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告诉客户这种试样只能采用缠绕式夹持 方法,但试样延伸率误差大)。万能材料 试验机测试结果有时会出现误差，这种 误差的出现对大负
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荷测量的影响相对较小，但是对小负荷 测量的影响是很大的。如何解决万能材 料试验机测试结果误差呢？
误差分析：可能有两个
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方面的原因。一是主机部分，二是试验 力传感器部分。
对主机用框式水平尺在工作油缸(或立柱) 外圈相互垂
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直的两个方向找平。 2、对试验力传感器在摆杆正面调整
试验力传感器前后水平，将摆杆边缘与 内侧刻线对齐固定，用水平尺靠
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在摆杆侧面调整机体左右水平。 万能材料试验机夹具的选择 1、根据主机最大试验力选择主要夹
具。万能材料试验机夹
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具所能承受的最大力必须大于等于主机 的最大试验力。
如何测试材料断裂韧性
1
zso123
标。在加载速度和温度一定的条件下， 对某种材料而言它是一个常数。当裂纹 尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大， 其裂纹失稳扩展所需
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的临界应力就愈大；当给定外力时，若 材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失 稳扩展时的临界尺寸就愈大。预先在电 子拉力试验机测试试
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样表面先抛光成镜面，在显微硬度仪上， 以10Kg负载在抛光表面用硬度计的锥形 金刚石压头产生一压痕，这样在压痕的 四个顶点就产
高钢级管线钢断裂韧性确定方法研究
高钢级管线钢断裂韧性确定方法研究
骆建武;覃海涛
【期刊名称】《焊管》
【年(卷),期】2009(032)007
【摘要】管线钢管的断裂韧性是进行管道断裂评估的重要参数,而断裂韧性数据的测试较为繁琐.常用的做法是根据管材的冲击韧性与断裂韧性之间的关系式进行估算.利用数理统计方法,基于试验数据样本,建立了X80高钢级管线钢断裂韧性与夏比冲击功之间的经验关系式,并根据统计检验理论,对经验关系式进行了检验.检验结果表明,所建立的经验关系式与样本数据有着高度相关性,与现有的经验公式相比,更适合于X80高钢级管线钢管断裂韧性的确定.
【总页数】5页(P33-37)
【作者】骆建武;覃海涛
【作者单位】西安石油大学,西安,720021;青海油田管道输油处,青海,格尔
木,816000;西安石油大学,西安,720021;青海油田管道输油处,青海,格尔木,816000【正文语种】中文
【中图分类】TG142.1
【相关文献】
1.不同厚度国产X100高钢级管线钢的断裂韧性 [J], 马秋荣;张腾;李鹤;刘小峰
2.高钢级管线钢中锰分析方法研究 [J], 邵晓东;刘养勤;李瑛;李发根;张蕾
3.K60级管线钢低温断裂韧性分析 [J], 张涵;王保华;朱敏
4.高钢级厚壁管线钢低温断裂韧性控制技术研究 [J], 刘清友;贾书君;任毅
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06断裂韧性的测试原理
06断裂韧性的测试原理断裂韧性是物质在受到外力作用下能吸收和抵抗断裂的能力。
通常情况下，材料的韧性越高，表示其在外力作用下发生断裂的能力越强。
断裂韧性的测试旨在评估材料的强度和耐用性，并确定其在不同应力条件下的破裂行为。
断裂韧性的测试通常包括以下几个方面的原理：1.断裂机理：断裂韧性的测试原理涉及材料的断裂机制。
根据材料的类型和应力条件，材料的断裂机制可以是塑性断裂、脆性断裂或者中间形态的韧性断裂。
通过仔细观察材料在断裂前后的形态和结构变化，可以揭示出材料的断裂机理。
2. 断裂试样：在进行断裂韧性测试时，需要选择适当的试样。
不同的材料和应用领域有不同的标准试样，如带缺口的Charpy试样、K1c样条试样等。
选择合适的试样可以使测试结果更准确和可靠。
3.断裂韧性参数：断裂韧性测试通常评估材料在应力条件下的破裂延伸。
常见的韧性参数包括断裂韧性KIC（平面应力条件下的断裂韧性）、K1c（线性弹性断裂韧性）、JIC（平面应力条件下的断裂韧性指标）等。
这些参数可以通过测量材料的裂纹扩展行为来获得。
4.断裂试验方法：常用的断裂韧性试验方法包括冲击试验、拉伸试验、剪切试验等。
这些试验方法的原理不同，但在测试过程中都会施加一定的外力以模拟材料在实际应力条件下的断裂行为。
5.数据分析：进行断裂韧性测试后，需要对测试结果进行分析和解释。
通过分析断裂试验中产生的数据，比如裂纹的扩展速率、载荷-位移曲线等，可以获得材料的断裂韧性特性。
断裂韧性测试的目的是评估材料在应力条件下的断裂行为，并确定材料的可靠性和耐用性。
这些测试可以为工程师和设计师提供重要的材料性能参数，以支持材料的选择和应用。
同时，断裂韧性测试也可以为材料制造和加工过程提供指导，以提高制品的质量和性能。
综上所述，断裂韧性测试是一项重要的材料测试方法，通过评估材料在应力条件下的破裂延伸和断裂性能，为材料的选择和应用提供了科学依据。
这些测试的原理和方法可以根据不同的材料和应用领域进行调整和优化，以获得准确和可靠的测试结果。
P92钢高温断裂韧性的试验
在国内高效洁净的超超临界机组中，P92 钢凭 借其优良的高温性能，得到广泛使用. 目前针对 P92 钢的报道多在强化机制[9] 及蠕变性能[10] 等方面，由 于高温断裂韧性测试的复杂性，目前关于 P92 钢高 温断裂韧性的报道极少.
文中基于断裂韧性测试标准[4-5]，利用单试样法 开展了 P92 钢高温断裂韧性试验，得到了两种尺 寸 CT 试样的开侧槽与不开侧槽形式下的阻力曲 线. 采用体视显微镜对试样的宏观断口进行了观 察，借助扫描电镜对断口附近及裂纹面进行了分 析. 基于三维有限元分析，采用拘束参量 Tz，Q 对侧 槽的拘束效应进行了表征，讨论了其对试验结果的 影响.
槽的拘束效应进行表征，结果表明，侧槽可明显提高试样的拘束水平，试样尺寸越小，J 阻力曲线差异越明显. 随载
荷增大，非侧槽试样的拘束变化更明显，开侧槽将导致试样阻力曲线不同. 试样尺寸及结构的改变，对韧性材料的
阻力曲线影响较大，而对断裂韧度值影响较小. 试样开侧槽之后裂纹扩展更平齐，可优化断裂韧性试验过程.
第2期
荆洪阳，等：P92 钢高温断裂韧性的试验
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的常规力学性能，见表 1. 其中 α 是材料硬化常数，
n 是应变硬化指数，来自于 Ramberg—Osgood 方程
ε ε0
=
σ σ0
物理实验技术中的材料断裂韧性测量与分析方法
物理实验技术中的材料断裂韧性测量与分析方法材料的断裂韧性是指材料在受到外力作用下，能够抵抗破坏的能力。
在工程领域，了解材料的断裂韧性对于设计和制造安全可靠的产品非常重要。
本文将介绍物理实验技术中常用的材料断裂韧性测量与分析方法。
1. 冲击试验法冲击试验法是测量材料在高速冲击载荷下的断裂韧性的一种方法。
常见的冲击试验方法有冲击试样弯曲法和平板撞击法。
冲击试样弯曲法是将试样夹在两个支承点之间，然后从一侧施加冲击载荷。
通过测量试样在冲击过程中的位移或挠度，可以得到材料的断裂韧性。
平板撞击法是将平板状试样固定在支撑装置上，然后用冲击装置撞击试样的一侧。
通过测量试样在冲击过程中的应力和应变，可以估计材料的断裂韧性。
2. 拉伸试验法拉伸试验是一种常用的测量材料断裂韧性的方法。
通常采用标准的拉伸试验机进行测试。
在拉伸试验中，试样被加载，逐渐拉伸直到断裂。
通过测量试样的拉伸力和伸长量，可以计算出材料的断裂韧性参数，如断裂应力和断裂伸长率。
3. 压缩试验法压缩试验也是一种测量材料断裂韧性的方法。
在压缩试验中，试样被加载并施加垂直于试样轴线的压缩力，直到试样发生压缩破坏。
通过测量试样在压缩过程中的应力和应变，可以推断材料的断裂韧性。
4. 断裂面形貌分析除了上述实验方法，断裂面形貌分析也是评估材料断裂韧性的重要手段之一。
断裂面形貌分析可以通过扫描电子显微镜（SEM）观察断裂表面的形貌特征。
不同的断裂机制会在断裂面上留下特定的痕迹，例如沟槽、毛刺等。
通过观察这些痕迹，可以对材料的断裂韧性和断裂机制进行分析。
此外，断裂面形貌分析还可以结合X射线衍射（XRD）和能谱仪等技术，对断裂表面的组成进行分析，从而深入了解材料断裂的原因和机制。
综上所述，物理实验技术中常用的材料断裂韧性测量与分析方法包括冲击试验法、拉伸试验法、压缩试验法和断裂面形貌分析。
这些方法可以不仅可以提供关于材料断裂韧性的定量数据，还能够揭示材料断裂的机制和性质，为工程设计和材料选择提供重要依据。
断裂韧性实验报告
断裂韧性尝试真验报告之阳早格格创做随着断裂力教的死少，相继提出了资料的IC K 、()阻力曲线J J R 、)(阻力曲线CTOD R δ等一些新的力教本能指标，补充了惯例考查要领的缺累，为工程应用提供了稳当的断裂判据战安排依据.底下介绍下那几种要领的尝试本理及考查要领.1、三种断裂韧性参数的尝试要领简介1. 1 仄里应变断裂韧度IC K 的尝试对付于线弹性或者小范畴的I 型裂纹试样，裂纹尖端附近的应力应变状态真足由应力强度果子I K 所决断.I K 是中载荷P ，裂纹少度a 及试样几许形状的函数.正在仄里应变状态下，当P 战a 的某一推拢使I K =IC K ，裂纹开初得稳扩展.I K 的临界值IC K 是一资料常数，称为仄里应变断裂韧度.尝试IC K 坚持裂纹少度a 为定值，而令载荷渐渐减少使裂纹达到临界状态，将此时的C P 、a 代进所用试样的I K 表白式即可供得IC K .IC K 的考查步调普遍包罗：（1） 试样的采用战准备（包罗试样典型采用、试样尺寸决定、试样圆背采用、试样加工及疲倦预制裂纹等）；（2） 断裂考查；（3） 考查截止的处理（包罗裂纹少度a 的丈量、条件临界荷载Q P 的决定、真验尝试值Q K 的预计及Q K 灵验性的推断）.1. 2 延性断裂韧度R J 的尝试J 积分延性断裂韧度是弹塑性裂纹试样受I 型载荷时，裂纹端面附近天区应力应变场强度力教参量J 积分的某些特性值.尝试J 积分的根据是J 积分与形变功之间的闭系： a B U J ∂∂-= （1-1）其中U 为中界对付试样所做形变功，包罗弹性功战塑性功二部分，a 为裂纹少度，B 为试样薄度.J 积分尝试有单试样法战多考查法之分，其中多试样法又分为柔度标定法战阻力直线法.但是无论是单试样法仍旧多试样柔度标定法，皆须先决定开裂面，而艰易正正在于此.果此，尔国GB2038-80尺度中确定采与画制R J 阻力直线去决定金属资料的延性断裂韧度.那是一种多试样法，其便宜是无须判决开裂面，且能达到较下的考查粗度.那种要领能共时得到几个J 积分值，谦脚工程本量的分歧需要.所谓R J 阻力直线，是指相映于某一裂纹真正在扩展量的J 积分值与该真正在裂纹扩展量的闭系直线.尺度确定测定一条R J 阻力直线起码需要5个灵验考查面，故普遍要58件试样.把按确定加工并预制裂纹的试样加载，记录∆-P 直线，并适合掌握停机面以使各试样爆收分歧的裂纹扩展量（但是最大扩展量不超出0.5mm ）.尝试各试样裂纹扩展量a ∆，预计相映的J 积分，对付考查数据做返回处理得到R J 直线.RJ阻力直线的位子下矮战斜率大小代表了资料对付于开裂战亚临界扩展的抗力强强.R J 阻力直线法尝试步调普遍包罗：（1） 试样准备①试样尺寸的采用准则：1）仄里应变条件：尺度确定)/(05.0s J B σα≥ （1-2）其中2）J 积分灵验性条件普遍05.0J J R ≥,当阻挡易预计a W -时，可用4.1)/(≥-a W B 供出 )(a W -的预计值②疲倦预制裂纹 ：为了包管得到尖端而笔直的裂纹，共时思量到J 积分考查对付象大多是中、矮强度资料，所使用的疲倦载荷不克不迭超出试样伸服载荷，免得爆收挠直塑性变形.（2） 断裂真验加载断裂考查可正在百般一般资料考查机上举止.试样的拆卡办法与三面蜿蜒试样蜿蜒试样尝试K时相似.正式加载前，先用矮于开裂IC载荷之值预加载二次，以使各拆卡位子交触良佳.而后按一定速度正式加载，共时记录∆-P直线.正在爆收预约裂纹扩展量a∆之后卸载停机，与下试样，用适合的要领，如氧化着色法，二次疲倦等使裂端扩展前缘留印后压断.注意二次疲倦时不得P超出极限载荷L P，免得裂端形maxf貌爆收偶变.（3）考查截止处理（包罗裂纹少度a的丈量、裂纹扩展量a∆的丈量、J值预计及R J直线的画制战J积分特性值的决定等）.R1.3． CTOD的尝试尔国国家尺度GB2358-94包罗单试样法战CTOD阻力直线法.单试样法是参照英国尺度教会DD-19所确定的要领去测定CTOD（简称δ），所测截止为开裂面的裂端弛开位移.而δ阻力直线与R J阻力直线要领类R似.所谓δ阻力直线是指相映于某一裂纹扩展量的δ值与裂纹扩展量a∆R的闭系直线，它不但能提供开裂抗力δ，而且能共时得到几个COD特i性值，以谦脚分歧条件的需要.δ直线自己也形貌了资料开裂后裂纹扩R展阻力的变更顺序，那正在评比资料战工艺品量及仄安分解圆里有着要害意思.共时，供做δ直线不妨省去决定开裂面的步调，那是Rδ直线R法劣良的圆里.通过考查直交准确天测得裂纹尖端弛开位移(CTOD)值非常艰易,且其定义还不统一.考查中,普遍采与三面蜿蜒试样的变形几许闭系,由裂纹嘴弛开位移去换算并供得CTOD 值δ.以三面蜿蜒为例,拜睹图1.1图1.1 COTD 考查本理图图中W 为三面蜿蜒试样的宽度,0a 为裂纹少度(包罗线切割的战预制疲倦裂纹少度),(W-0a )为韧戴宽度,刀心被用去拆置夹式电子引伸计,Z 为刀心薄度.p V 为裂纹嘴弛开位移塑性部分.本裂纹尖端处弛开位移的塑性部分记为p δ.假设正在塑性变形历程中,裂纹表面绕O 面做刚刚体转化.p r 称为转化果子,指正在试样塑性变形时转化核心到本裂纹尖端的距离与韧戴宽度((W-0a )的比值.假设三角形'OBB ∆与三角形'OFF ∆相似(塑性三角形假道),则：00P0()()p p p r W a a z V r W a δ-++=- (1-1) 即有：0P 00()()p p p r W a V r W a a z δ-=-++ (1-2)弹塑性情况下,δ可由弹性的e δ战塑性的p δ二部分组成,即:p e δδδ=+ (1-3)弹性部分e δ为对付应于载荷max P 的裂纹尖端弹性弛开位移,正在仄里应变情况下，对付三面蜿蜒试样,有：12PS I K BW = (1-4)则本裂纹尖端弛开位移δ为:2202I I P 00()(1-)2()p e p s p r W a K K V E r W a a zμδδδσ-=+=+-++ (1-5) 尝试COD 的尺度试样是三面蜿蜒试样，其形状共IC K 试样.多试样法所用试样个数共样为58个，考查历程中使各个试样加载到分歧裂纹扩展量a ∆后停机，测出停机时的荷载P 与位移P V ，代进公式（1-6）2202I I P 00()(1-)2()p s p r W a K K V E r W a a zμδσ-=+-++(1-6) 共样对付于三面蜿蜒试样,BS7448系列典型提议与p r =0.4,典型GB/T2358—1994提议与p r =0.44,典型JB/T4291—1999提议与介p r =0.45,而国家尺度迩去建正为p r =0.40共国际尺度及英国系列尺度一般.本报告按国家尺度GB2358-94确定p r 4.以上各式中:P 为载荷;S 为试样跨距;B 为试样薄度;S 为跨距;E 为资料的弹性模量;s σ为资料的伸服强度;μ为资料的泊紧比;p r 称为转化果子,p V 为裂纹嘴弛开位移塑性部分.由此，可得该试样停机时的δ，那个δ便是对付该当裂纹扩展量a ∆时的裂纹扩展阻力，记为R δ.对付每个试样不妨得到一对付（R δ，a ∆），58个试样可描画一条R δa ∆直线，此直线即为R δ直线. R δ直线尝试的普遍步调（与R J 阻力直线尝试类似）为：（1） 试样制备（包罗试样尺寸、疲倦预制裂纹）；（2） 断裂真验（记录P V 直线）；（3）考查截止处理（包罗数据处理战预计特性值等）.R2、仄里应变断裂韧度COD的尝试2.1 试样的采用与准备(1) 试样典型典型推荐采与三面蜿蜒试样睹图.试样典型的采用准则是根据资料根源、加工条件、考查设备以及考查手段的概括思量.图2.1 直3面蜿蜒(2) 试样尺寸尺度确定了三种尺度试样，并提议尽管采与薄度与本量构件相共的所谓齐薄试样，以使试样裂端与本量构件处于相共的拘束条件.那三种试样的主要尺寸闭系为：其中W为下度，B为薄度，a为裂纹少度，包罗机加工切心战疲倦裂纹少度之战，S为跨距.前二种试样用于工程结构仄安评比考查，第三种试样用于对付资料战工艺品量举止相对付评比考查.(3) 试样圆背采用金属资料普遍皆具备明隐的宏瞅各背同性，那是百般加工制制历程给资料里里化教身分、隐微构制的分集所戴去的目标性的截止.试样圆背采用应视考查手段战央供而定，比圆要评估本量工件的IC K ，便要模仿本量工件的加载及缝隙扩展目标.(4) 试样加工试样加工时，应特天注意使末尾磨削条痕目标笔直于裂纹扩展目标，起码不要使二者仄止.磨削之后便要开切心，暂时一致采与钼丝线切割.(5) 疲倦预制裂纹预制裂纹皆正在疲倦考查机上完毕.要预防裂纹尖端果荷载过下爆收较大的塑性区.对付于三面蜿蜒试样，应使裂纹总少度(0.450.55)a W ≈，其中疲倦裂纹的少度起码有1.5mm.疲倦激励裂纹时采与的最大疲倦载荷max P 应不大于f P .对付于三面直试样 200.5/f Y P Bb S σ=y σ—伸服应力(伸服面s σa,或者伸服强度0.2σ).MPa ；b σ—抗推强度，MPa;Y σ—灵验伸服强度，()/2Y y b σσσ=+,MPa ;2.2. 断裂考查步调考查普遍正在万能资料考查机上举止.以三面蜿蜒试样为例，试样拆置如图2所示.图 三面蜿蜒考查拆置示企图1—考查机上横梁；2—支座；3—试样；4—载荷传感器；5—夹式引伸计；6—动背应变仪；7—X—Y函数记录仪.图夹式引伸计构制及拆置1－试样 2－刀心 3－引伸计把测佳尺寸（B W和）的试样按确定小心拆夹坚韧.正在加载历程中，夹式引伸计战测力计得到的讯号通过搁大后输进X Y-记录仪，描画着力—弛开位移直线（P V-直线）.该当注意的有以下几面：（1）夹式引伸仪普遍皆该当根据尺度推荐要领自止制备；（2）夹式引伸仪战测力计应定期校核战标定，以包管考查截止的稳当性；（3）加载速度应包管应力强度果子的删少速率正在每分钟删少31至1553/2Bmm s；MN m范畴内，相称于0.2//（4）支座的轴辊要略能移动免得爆收过大的横背摩揩阻力做用考查截止；（5）央供断心与试样少度搁线基础笔直，偏偏好不克不迭大于010；（6）应瞅察战记录断心宏瞅形貌，剪切唇宽度与仄断心的百分比率.2.3 考查截止处理(1) 裂纹少度a的丈量按图所示沿着疲倦裂纹前缘战标记表记标帜出的裂纹稳态扩展区的前缘，正在其隔断的9面上丈量裂纹尺寸.(i=1,2,3,......9 )丈量仪器的粗度不矮于0.02 mm,按下式预计裂纹少度:图2.4 缝隙丈量示企图注：(0.01)/8N B B W =-(2)决定δ正在三面蜿蜒加载考查所得到的P —V 直线，大概有图中的几种情形图P V -直线正在图2.4(a)战(b)的情况下，与坚性得稳断裂面或者突进面所对付应的载荷c P 与位移pc V 预计c δ.如果做废爆收正在线性段附近，可按GB 4161丈量Ic K .正在图(e)的情况下，与最大载荷面或者最大载荷仄台开初面所对付应的载荷m P 与位移mp V 预计m δ.正在图2.4（c)战(d)的情况下，与坚性得稳断裂面或者突进面所对付应的载荷u P 与位移up V ，预计u δ，如果突进面是由于疲倦裂纹前缘的坚性得稳扩展受阻引起的，则应试虑被测资料的特性.考查后的断心考验，如最大突进裂纹扩展量已超出0. 040b ，可按下列步调估汁“小突进”旗号值.1）通过最大载荷面做BC 线仄止于OA 线.2）做BD 线仄止于载荷轴.3）位于0. 95BD 处做标记表记标帜E 4）做CEF 线5)相映于载荷位移的突进处做标记表记标帜G.6)当G 面位于角BCF 以中时，与载荷c P 或者u P 战位移c V 或者u V .预计c δ或者u δ，比圆图(a).7)当G 面位于角BC(b).图2.5 突进面示企图正在图2.4(a)(b)战(d)的情况下，不克不迭直交测定i δ值，若需要iδ值，可根据阻力直线去决定.R δ的预计要领—赢得需要的丈量数据后，采与下列公式预计本初裂纹尖端部位的弛开位移:式中:μ——对付普遍钢材与0. 3；E ——对付普遍钢材与52.0610MPa ⨯p r ——塑性转化果子，0.4(1)p r α=+.三面蜿蜒试样的0.1α=，即0.44p r =. 直3面蜿蜒试样:00.45/0.55a W ≤≤当S=4W时，直3面蜿蜒试样的Y值睹GB2358-94表1.3、三面蜿蜒考查测COD3.1 考查手段流利掌握测仄里应变断裂韧性的要领及步调.利用预制佳疲倦裂纹的试样测定金属资料的仄里应变断裂韧性. 3.2 考查设备考查设备包罗万能资料考查机及数据支集系统、夹式引伸计、游标卡尺等.3.3 考查试样的创制本次考查的试样为金属试样.金属试样由力教真验室提供，金属采与钼丝线切割预制疲倦缝隙.金属试样的中瞅大概如图所示：试样示企图3.4 考查历程（1）考查前先荡涤裂纹嘴二侧，用胶将刀心粘到试样上；（2）考查前用游标卡尺正在裂纹前缘韧戴部分丈量试件薄度B三次，丈量粗度到0.1%B或者0.025mm，与较大的二个预计仄衡值.正在切心附近丈量试样宽度三次，丈量粗度透彻到0.1%Ｗ或者0.025mm，与较大的二个预计仄衡值；（3）拆置三面蜿蜒考查支座，使加载线通过跨距S 的中面，偏偏好正在1%S ，而且试样与支启辊的轴线应成直角，偏偏好正在±2º以内； （4）将位移引伸计交进动背支集系统，正在加载试样之前，对付考查机及支集系统的X Y -直线调整；2mm/m ，以使I K 的删少速度不至太快；（6）加载到压断试样，如图3.3.与下F V -直线图举止分解处理. 图3.2 设备拆置图图3.3 试样压断图3.5 本初数据（1） 试件薄度B 战宽度W 的丈量由游标卡尺量测并处理，得到试件的薄度14.97B mm =，宽度为30.00W mm =.（4）考查机数据支集系统得到的数据图3.4 数据直线 图3.5 处理后的数据直线由上图可得P V -直线， 6 =ll mm l l lεε∆==∴∆⨯ 图3.6 P-V 直线（3）考查加载完毕后裂纹少度a 的丈量，裂纹断心睹图3.7.图3.7裂纹断心图 （单位：mm ）3.6 数据分解处理 （1） 裂纹少度a1）典型确定任性二面裂纹扩展量之间的好(不包罗近试样表面的二面)不超出0. 05W.且局部9个丈量面中最大战最小的裂纹扩展量之好不超出.2.780.32 2.460.05 1.5mm W mm -=≥=不切合央供2）所有试样的本初裂纹少~0. 55W 范畴内.0/12.15/30.000.405a W ==不切合央供.综上本次真验数据无效. （2） pc P V c 和的决定考查所得的P V -直线如图所示.正在考查历程中，不妨瞅到试件正在加载后期基础不塑性阶段，正在到达疲倦裂纹后赶快爆收得稳损害.属于图2.4中a)坚性损害情况.对付于得到的数据，初初阶段的数据忽略，果为那段时间属于利用液压与消自沉的关节，所以得到的位移是背值而且去回震荡，且坐标轴的校整也有做用，不本量参照价格.为了获与弹性阶段的斜率，瞅察直线，不妨收当前P 0至16.00KN 之间时直线趋于直线.利用matlab 步调拟合得到下图3.8.得pc P =16.49KN V 7.5c m μ= （3）c δ的预计根据以上所得数据预计COD.（为了使预计不妨举止，0/0.45a W =）.根据0/0.45S=4W a W =且查典型表1得Y=9.14.试件的薄度14.97B mm =，宽度为30.00W mm =又0.3μ=；对付普遍钢材与52.0610E MPa =⨯；塑性转化果子0.44p r =；850s MPa σ=.预计得2202I I P 00()(1-)0.8512()p s p r W a K K V mm E r W a a zμδσ-=+=-++有前里可知该截止是无效的. 3.7真验归纳真验测得的COD 无效，其本果很多：（1）金属试样疲倦裂纹的预制存留问题引导试样断裂后断心不典型.（2）黏揭刀心存留人为缺面.σ不过表里上的数据，并不干真验，所以sσ的准确度（5）s有待考究；（6）其余果素比圆冶金品量、各背同性、晶体结构、回火温度、隐微结构以及介量腐蚀等，对付考查截止制成的做用较为搀纯（7）试样的尺寸是有做用的，跨度战宽度之比为4，宽度战薄度之比应为2，本量的数据去瞅是不谦脚央供的，引导测出的值得集型较大，不切合央供；（8）正在资料制备的历程中，大概会掺纯其余合金元素，对付资料制成的做用纷歧，即大概是正里的做用，也大概是反里的做用.正在断裂韧性COD尝试考查中，尔认识了ISTRON3367资料力教考查机，尝试的所有历程也皆相识了.那锻炼了尔正在资料本能真验中的本量支配本领，正在此共时也体验到了共组共教相互协共、团队意识的要害性.正在数据处理历程中，通过决定测定临界裂纹少度a、预计条件断裂韧性a及推断其灵验性，尔对付Matlab有了进一步的相识，并教会了怎么样利用数据及P~V直线图去预计δ.通过那次真验，尔进一步加深了断裂韧性的定义及其相闭表里知识.。
单试样柔度法在管线钢断裂韧性测试领域的应用
单试样柔度法在管线钢断裂韧性测试领域的应用姚登樽;范玉然;汪凤;张希悉【期刊名称】《焊管》【年(卷),期】2015(000)001【摘要】介绍了单试样柔度法的基本原理，并系统对比分析了该方法在不同断裂韧性测试技术中的应用情况。
单试样柔度法是利用弹性柔度技术通过1个试样得到断裂韧性阻力曲线上多个点的试验方法。
单试样柔度法理论基础强，计算过程复杂，涉及到测试柔度校正、裂纹扩展尺寸计算、断裂韧性公式推导等内容。
健全和完善单试样柔度技术，有利于推动各种断裂韧性测试方法的发展，有利于更加便捷、准确的获得管线钢及环焊缝的断裂韧性值，对管线钢焊接技术的发展和环焊缝性能评估具有重要意义。
【总页数】5页(P28-32)【作者】姚登樽;范玉然;汪凤;张希悉【作者单位】中国石油天然气管道科学研究院，河北廊坊 065000; 中国石油天然气油气管道输送安全国家工程实验室，河北廊坊 065000;中国石油天然气管道科学研究院，河北廊坊 065000; 中国石油天然气油气管道输送安全国家工程实验室，河北廊坊 065000;中国石油天然气管道科学研究院，河北廊坊 065000; 中国石油天然气油气管道输送安全国家工程实验室，河北廊坊 065000;中国石油天然气管道科学研究院，河北廊坊 065000; 中国石油天然气油气管道输送安全国家工程实验室，河北廊坊 065000【正文语种】中文【中图分类】TE973.6【相关文献】1.拉伸试样宽度对X65管线钢屈强比测试结果的影响 [J], 李军伟2.单试样卸载柔度法测定X70管线环焊缝断裂韧性阻力曲线 [J], 唐家睿;陈宏远;吉玲康;田小江;刘玉栋3.X80管线钢断裂韧性测试方法探讨 [J], 赵天娆;张华;李丽锋;罗金恒;赵新伟4.柔度法在单试样CTOD阻力曲线测定中的应用 [J], 汪承璞5.微型拉伸试样的设计及其在高性能管线钢研究中的应用 [J], 初瑞清;段占强;董翰;杨柯;李守新;王中光因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
如何测试材料断裂韧性
的临界应力就愈大；当给定外力时，若 材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失 稳扩展时的临界尺寸就愈大。预先在电 子拉力试验机测试试
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样表面先抛光成镜面，在显微硬度仪上， 以10Kg负载在抛光表面用硬度计的锥形 金刚石压头产生一压痕，这样在压痕的 四个顶点就产
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生了预制裂纹。根据压痕载荷P和压痕裂 纹扩展长度C计算出断裂韧性数值 （KIC）。计算公式为：E为扬氏模量， 例如对于Si3N
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荷测量的影响相对较小，但是对小负荷 测量的影响是很大的。如何解决万能材 料试验机测试结果误差呢？
误差分析：可能有两个
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方面的原因。一是主机部分，二是试验 力传感器部分。
主机部分造成的误差 在主机部分由于安装不水平时，将 会使工作
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活塞和工作油缸壁产生摩擦力，从而产 生误差。一般表现为正差，并且随着载 荷的增加，产生的误差逐渐较小。万能 材料试验机试验力传
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在摆杆侧面调整机体左右水平。 万能材料试验机夹具的选择 1、根据主机最大试验力选择主要夹
具。万能材料试验机夹
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具所能承受的最大力必须大于等于主机 的最大试验力。
2、根据非标配置、或扩展配置选一 些次要夹具。(例如：扩展配置传感
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器为10kN,所选次要夹具所能承受的最大 试验力也要为10kN。
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4系统一般取300GPa。公式中载荷P单位 为kg, 裂纹长度C单位为mm, 显微硬度HV 单位为GPa。电子拉力试验机测试
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材料式样类型，目前国内常用的断裂韧 性试样有两种：1）三点弯曲试样SE（B） 2）紧凑拉伸试样C（T）电子拉力试验机 测试材料
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方法比较：IM法比SENB法简便经济，但 测得的数据不如SENB法可靠； SENB法 是普遍公认的标准测试方法；为了实际 方
06 断裂韧性的测试原理解析
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三点弯曲试样SENB
• 三点弯曲试样具有易于加工和便于加载的优点
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一 G的力学标定
多试件法
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制备一组试样使其具有 相同的外形尺寸，但其 中的裂纹长度各不相同 。在弹性范围内作出每 个试样的载荷-位移(曲 线。
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断裂韧性的测试原理-8
Fracture Mechanics
Pirate Captain
第六章 断裂韧性的测试原理
齐俊林
断裂力学实验内容
1. 材料性能的测试，即材料破坏与裂纹扩展的内 在条件。例如，平面应变断裂韧度、临界张开 位移、临界J积分、疲劳裂纹扩展速率、蠕变 裂纹扩展速率、动态断裂韧度以及应力腐蚀临 界应力强度因子等。 2. 裂纹尖端能量场和应力应变场参数的实验标定 。例如，应力强度因子的实验标定、J积分的 实验标定等。 3. 理论探索和验证性实验。例如，压力容器与管 道的全尺寸爆破试验、大型焊接结构接头的断 裂实验等。
断裂韧性实验指导书
实验一系列冲击实验一、实验目的：1.学习低温温度下金属冲击韧性测定的操作方法；2.测定温度对金属材料冲击韧性的影响，掌握确定金属材料的脆性转化温度T k的方法。
二、实验原理：本实验按冲击试验的最新国家标准GB/T229-1994进行。
用规定高度的摆锤对处于简支粱状态的缺口试样进行一次性打击，可测量试样折断时的冲击吸收功A k。
（A k除以试样缺口处截面积得冲击韧性值a k）。
为了表明材料低温脆性倾向大小，常用方法就是测定材料的“韧脆转化温度”。
一般使用标准夏比Ｖ型缺口冲击试样测定。
根据不同温度下的冲击试验结果，以冲击吸收功或脆性断面率为纵坐标，以试验温度为横坐标绘制曲线见图1。
韧脆转变温度确定方法：a. 冲击吸收功－温度曲线上平台与下平台区间规定百分数（n）所对应的温度，用ETT n表示。
如冲击吸收功上平台与下平台区间50%所对应的温度记为ETT50（℃）。
b. 脆性断面率－温度曲线中规定脆性断面率（n）所对应的温度，用FTT n 表示。
如脆性断面率为50%所对应的温度记为FTT50（℃）。
用不同方法测定的韧脆转变温度不能相互比较。
三、在不同温度下作冲击试验，可以得出典型的A k-T曲线和脆性断面率曲线（见图1）。
冲击吸收功曲线可近似的分为三部分：（1）温度较低，冲击值变化不大，平行横坐标的低A k值部分，称下平台，对应断口为脆性的结晶状；（2）温度较高，高冲击值部分，称为上平台，对应断口为韧性的纤维状；（3）中间部分A k值在上下平台的范围内，变化较大，且分散，对应断口为混合状（结晶状+纤维状断口）。
脆性断面率曲线与上述曲线相反，（1）温度较低，断面率高的部分，断口为脆性的结晶状；（2）温度较高，断面率低的部分，断口为韧性的纤维状；（3）中间部分在室温以下温度范围内，断口为混合状（结晶状+纤维状断口）。
根据图1的两条曲线，可以定出冲击吸收功上平台与下平台区间50%的韧脆转变温度ETT50（℃）和脆性断面率为50%的韧脆转变温度FTT50（℃）。